जीन नॉक-इन

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आणविक क्लोनिंग और जीव विज्ञान में, एक जीन नॉक-इन (संक्षिप्त नाम: KI) एक आनुवंशिक इंजीनियरिंग (जेनेटिक इंजीनियरिंग) विधि को संदर्भित करता है जिसमें आनुवंशिक स्थान में डीएनए अनुक्रम जानकारी का एक-के-लिए-एक प्रतिस्थापन या अनुक्रम जानकारी का सम्मिलन सम्मिलित होता है जो स्थान के भीतर नहीं पाया जाता है।[1] सामान्यतः, यह चूहों में किया जाता है क्योंकि इस प्रक्रिया के लिए तकनीक अधिक परिष्कृत है और चूहों और मनुष्यों के बीच उच्च स्तर की साझा अनुक्रम जटिलता होती है।[2]] नॉक-इन तकनीक और पारंपरिक ट्रांसजेनिक तकनीकों के बीच अंतर यह है कि नॉक-इन में एक जीन को एक विशिष्ट स्थान में डाला जाता है, और इस प्रकार यह एक "लक्षित" सम्मिलन होता है। यह जीन नॉकआउट के विपरीत है।


नॉक-इन प्रौद्योगिकी का एक सामान्य उपयोग रोग मॉडल के निर्माण के लिए है। यह एक ऐसी तकनीक है जिसके द्वारा वैज्ञानिक जांचकर्ता नियामक मशीनरी (उदाहरण के लिए प्रमोटर) के कार्य का अध्ययन कर सकते हैं जो प्रतिस्थापित होने वाले प्राकृतिक जीन की अभिव्यक्ति को नियंत्रित करता है। यह संबंधित जीव के नए फेनोटाइप का अवलोकन करके पूरा किया जाता है। इस मामले में बीएसी (BACs) और वाईएसी (YACs) का उपयोग किया जाता है ताकि बड़े टुकड़ों को स्थानांतरित किया जा सके।

तकनीक

जीन नॉक-इन की उत्पत्ति मार्टिन इवांस, ओलिवर स्मिथीज़ और मारियो कैपेची द्वारा विकसित मूल नॉकआउट तकनीक के एक मामूली संशोधन के रूप में हुई। परंपरागत रूप से, नॉक-इन तकनीकें लक्षित जीन प्रतिस्थापन को चलाने के लिए समजात पुनर्संयोजन पर निर्भर करती हैं, हालांकि लक्ष्य जीन को सम्मिलित करने के लिए ट्रांसपोसॉन-मध्यस्थता प्रणाली का उपयोग करने वाली अन्य विधियां विकसित की गई हैं।[3] लॉक्सपी (LoxP) फ़्लैंकिंग साइटों का उपयोग, जो जीन वैक्टर के साथ क्रे पुनः संयोजक (Cre recombinase) की अभिव्यक्ति पर उत्तेजित हो जाते हैं, इसका एक उदाहरण है। रुचि के संशोधन के साथ भ्रूण स्टेम कोशिकाओं को फिर एक व्यवहार्य ब्लास्टोसिस्ट में प्रत्यारोपित किया जाता है, जो एक परिपक्व काइमेरिक माउस में विकसित होगा, जिसमें कुछ कोशिकाओं में मूल ब्लास्टोसिस्ट कोशिका आनुवंशिक जानकारी होगी और अन्य कोशिकाओं में भ्रूण स्टेम कोशिकाओं में पेश किए गए संशोधन होंगे। इसके बाद काइमेरिक चूहे की संतानों में जीन नॉक-इन होगा।[4]


जीन नॉक-इन ने पहली बार जीन संशोधनों और परिणामी फेनोटाइप पर परिकल्पना-संचालित अध्ययन की अनुमति दी है। उदाहरण के लिए, मानव पी53 जीन में उत्परिवर्तन बेंजो(ए)पाइरीन (बीएपी) के संपर्क से प्रेरित हो सकता है, और पी53 जीन की उत्परिवर्तित प्रतिलिपि को माउस जीनोम में डाला जा सकता है। नॉक-इन चूहों में देखे गए फेफड़े के ट्यूमर BaP की कैंसरजन्यता की परिकल्पना के लिए समर्थन प्रदान करते हैं।[5] नॉक-इन तकनीक में हाल के विकास ने सूअरों को सीआरआईएसपीआर/कैस9 (CRISPR/Cas9) प्रणाली के साथ हरे फ्लोरोसेंट प्रोटीन के लिए एक जीन डालने की अनुमति दी है, जो अधिक सटीक और सफल जीन सम्मिलन की अनुमति देता है। सीआरआईएसपीआर/कैस9-मध्यस्थता जीन नॉक-इन की गति कुछ जीनों में द्विवार्षिक संशोधनों को उत्पन्न करने और चूहों में फेनोटाइप को एक ही पीढ़ी में, एक अभूतपूर्व समय सीमा में देखने की अनुमति देती है।[6]


बनाम जीन नॉकआउट

नॉक-इन तकनीक नॉकआउट तकनीक से इस मायने में भिन्न है कि नॉकआउट तकनीक का उद्देश्य या तो डीएनए अनुक्रम के भाग को हटाना है या किसी विशिष्ट आनुवंशिक स्थान की अभिव्यक्ति को बाधित करने के लिए अप्रासंगिक डीएनए अनुक्रम जानकारी सम्मिलित करना है। दूसरी ओर, जीन नॉक-इन तकनीक, डीएनए अनुक्रम जानकारी के एक-के-लिए-एक प्रतिस्थापन के माध्यम से या अनुक्रम जानकारी को जोड़कर रुचि के आनुवंशिक स्थान को बदल देती है जो कि आनुवंशिक स्थान पर नहीं पाई जाती है। इसलिए एक जीन नॉक-इन को प्रणाली का लाभ उत्परिवर्तन के रूप में देखा जा सकता है और जीन नॉकआउट को प्रणाली का हानि उत्परिवर्तन के रूप में देखा जा सकता है, लेकिन एक जीन नॉक-इन में एक उत्परिवर्ती फेनोटाइप के लिए एक कार्यात्मक जीन लोकस का प्रतिस्थापन भी सम्मिलित हो सकता है जो कि परिणामस्वरूप कार्य में कुछ हानि होती है।[7]


संभावित अनुप्रयोग

जीन नॉक-इन विधियों की अब तक की सफलता के कारण, कई नैदानिक ​​​​अनुप्रयोगों की कल्पना की जा सकती है। मानव इम्युनोग्लोबुलिन जीन के कुछ हिस्सों को चूहों में डालने से उन्हें मानवीकृत एंटीबॉडी का उत्पादन करने की अनुमति मिलती है जो चिकित्सीय रूप से उपयोगी होती है।[8] कुछ ऊतकों में लक्षित जीन प्रणाली को बहाल करने के लिए मनुष्यों में स्टेम कोशिकाओं को संशोधित करना संभव होना चाहिए, उदाहरण के लिए संभवतः एक्स-लिंक्ड गंभीर वाले लोगों में लिम्फोसाइट विकास को बहाल करने के हेमेटोपोएटिक मूल कोशिकाओं में आईएल आईएल-2 रिसेप्टर के उत्परिवर्ती गामा-श्रृंखला जीन को ठीक करना संयुक्त इम्युनोडेफिशिएंसी।[4]

सीमाएँ

जबकि जीन नॉक-इन तकनीक मानव रोग के मॉडल और विवो में प्रोटीन में अंतर्दृष्टि के निर्माण के लिए एक शक्तिशाली तकनीक सिद्ध हुई है, कई सीमाएं अभी भी मौजूद हैं। इनमें से कई को नॉकआउट तकनीक की सीमाओं के साथ साझा किया गया है। सबसे पहले, नॉक-इन जीन के संयोजन से उन अंतःक्रियाओं में जटिलता बढ़ जाती है जो सम्मिलित जीन और उनके उत्पाद जीनोम के अन्य वर्गों के साथ होती हैं और इसलिए अधिक दुष्प्रभाव हो सकते हैं और समझाने में कठिन फेनोटाइप हो सकते हैं। इसके अतिरिक्त, केवल कुछ लोकी, जैसे कि ROSA26 लोकस को पर्याप्त रूप से अच्छी तरह से चित्रित किया गया है जहां उनका उपयोग सशर्त जीन नॉक-इन के लिए किया जा सकता है; एक ही स्थान पर रिपोर्टर और ट्रांसजीन का संयोजन बनाना समस्याग्रस्त है। मानव रोग मॉडल पीढ़ी के लिए जीन नॉक-इन का उपयोग करने का सबसे बड़ा हानि यह है कि माउस फिजियोलॉजी मनुष्यों के समान नहीं है और चूहों में व्यक्त प्रोटीन के मानव ऑर्थोलॉग अक्सर मानव विकृति विज्ञान में जीन की भूमिका को पूरी तरह से प्रतिबिंबित नहीं करेंगे। [9] इसे सीएफटीआर जीन में ΔF508 फाइब्रोसिस उत्परिवर्तन के साथ उत्पन्न चूहों में देखा जा सकता है, जो मानव जनसंख्या के लिए इस जीन में 70% से अधिक उत्परिवर्तन के लिए जिम्मेदार है और सिस्टिक फाइब्रोसिस की ओर ले जाता है। जबकि ΔF508 CF चूहे मानव उत्परिवर्तन की विशेषता वाले प्रसंस्करण दोषों को प्रदर्शित करते हैं, वे मनुष्यों में देखे गए फुफ्फुसीय पैथोफिजियोलॉजिकल परिवर्तनों को प्रदर्शित नहीं करते हैं और वस्तुतः कोई फेफड़े का फेनोटाइप नहीं रखते हैं।[10] इस तरह की समस्याओं को विभिन्न प्रकार के पशु मॉडल के उपयोग से सुधारा जा सकता है, और ΔF508 उत्परिवर्तन की गतिविधि को उत्तम प्रकार से समझाने के प्रयास में सुअर मॉडल (सूअर के फेफड़े मानव फेफड़ों के साथ कई जैव रासायनिक और शारीरिक समानताएं साझा करते हैं) उत्पन्न किए गए हैं।[11]


यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Gibson, Greg (2009). A Primer Of Genome Science 3rd ed. Sunderland, Massachusetts: Sinauer. pp. 301–302. ISBN 978-0-87893-236-8.
  2. ↑ Mouse Genome Sequencing Consortium; Waterston, Robert H.; Lindblad-Toh, Kerstin; Birney, Ewan; Rogers, Jane; Abril, Josep F.; Agarwal, Pankaj; Agarwala, Richa; Ainscough, Rachel (2002-12-05). "माउस जीनोम का शुरुआती अनुक्रम और तुलनात्मक विश्लेषण". Nature. 420 (6915): 520–562. Bibcode:2002Natur.420..520W. doi:10.1038/nature01262. ISSN 0028-0836. PMID 12466850.
  3. ↑ Westphal, C. H.; Leder, P. (1997-07-01). "चूहों में उपयोग के लिए ट्रांसपोसॉन-जनित 'नॉक-आउट' और 'नॉक-इन' जीन-लक्ष्यीकरण निर्माण". Current Biology. 7 (7): 530–533. doi:10.1016/s0960-9822(06)00224-7. ISSN 0960-9822. PMID 9210379.
  4. ↑ 4.0 4.1 Manis, John P. (2007-12-13). "नॉक आउट, नॉक इन, नॉक डाउन--आनुवंशिक रूप से हेरफेर किए गए चूहे और नोबेल पुरस्कार". The New England Journal of Medicine. 357 (24): 2426–2429. doi:10.1056/NEJMp0707712. ISSN 1533-4406. PMID 18077807.
  5. ↑ Liu, Zhipei; Muehlbauer, Karl-Rudolf; Schmeiser, Heinz H.; Hergenhahn, Manfred; Belharazem, Djeda; Hollstein, Monica C. (2005-04-01). "p53 mutations in benzo(a)pyrene-exposed human p53 knock-in murine fibroblasts correlate with p53 mutations in human lung tumors". Cancer Research. 65 (7): 2583–2587. doi:10.1158/0008-5472.CAN-04-3675. ISSN 0008-5472. PMID 15805253.
  6. ↑ Wang, Yanliang; Li, Junhong; Xiang, Jinzhu; Wen, Bingqiang; Mu, Haiyuan; Zhang, Wei; Han, Jianyong (2015-12-10). "ईएससी के सीआरआईएसपीआर-मध्यस्थता जीनोम संपादन के माध्यम से बायलॉजिकल रिपोर्टर जीन नॉक-इन चूहों की अत्यधिक कुशल पीढ़ी". Protein & Cell (in English). 7 (2): 152–156. doi:10.1007/s13238-015-0228-3. ISSN 1674-800X. PMC 4742388. PMID 26661644.
  7. ↑ Doyle, Alfred; McGarry, Michael P.; Lee, Nancy A.; Lee, James J. (2012-04-01). "The Construction of Transgenic and Gene Knockout/Knockin Mouse Models of Human Disease". Transgenic Research. 21 (2): 327–349. doi:10.1007/s11248-011-9537-3. ISSN 0962-8819. PMC 3516403. PMID 21800101.
  8. ↑ Benatuil, Lorenzo; Kaye, Joel; Cretin, Nathalie; Godwin, Jonathan G.; Cariappa, Annaiah; Pillai, Shiv; Iacomini, John (2008-03-15). "Ig knock-in mice producing anti-carbohydrate antibodies: breakthrough of B cells producing low affinity anti-self antibodies". Journal of Immunology. 180 (6): 3839–3848. doi:10.4049/jimmunol.180.6.3839. ISSN 0022-1767. PMID 18322191.
  9. ↑ Tellkamp, Frederik; Benhadou, Farida; Bremer, Jeroen; Gnarra, Maria; Knüver, Jana; Schaffenrath, Sandra; Vorhagen, Susanne (2014-12-01). "Transgenic mouse technology in skin biology: generation of knockin mice". The Journal of Investigative Dermatology. 134 (12): 1–3. doi:10.1038/jid.2014.434. ISSN 1523-1747. PMID 25381772.
  10. ↑ Grubb, Barbara R.; Boucher, Richard C. (1999-01-01). "सिस्टिक फाइब्रोसिस के लिए जीन-लक्षित माउस मॉडल की पैथोफिजियोलॉजी". Physiological Reviews (in English). 79 (1): S193–S214. doi:10.1152/physrev.1999.79.1.S193. ISSN 0031-9333. PMID 9922382.
  11. ↑ Rogers, Christopher S.; Hao, Yanhong; Rokhlina, Tatiana; Samuel, Melissa; Stoltz, David A.; Li, Yuhong; Petroff, Elena; Vermeer, Daniel W.; Kabel, Amanda C. (2008-04-01). "Production of CFTR-null and CFTR-DeltaF508 heterozygous pigs by adeno-associated virus-mediated gene targeting and somatic cell nuclear transfer". The Journal of Clinical Investigation. 118 (4): 1571–1577. doi:10.1172/JCI34773. ISSN 0021-9738. PMC 2265103. PMID 18324337.


बाहरी संबंध

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